Advanced Functional Materials: 拉伸驱动提高氢化硼烯的超高热导和声子传输中维数交叉研究

近年来,电子芯片的运算效率不断增强,体积也越来越小,而散热问题却成为了阻碍芯片行业发展的重要问题,在二维材料器件中,石墨烯因为具有已知最高的室温热导率,从而在散热相关的领域有很好的发展前景。在近两年的实验中,科学家们在超高真空的条件下,在Ag(111)的表面上成功生长出了一种全新的单层硼材料—硼烯(borophene)。理论研究表明在硼烯的上下表面吸氢后可以增强结构的稳定性,且这种材料具有和石墨烯相似的物理结构,硼元素和碳元素也是元素周期表中的“邻居”,从而在散热方面,硼烯也期待具有和石墨烯类似的优秀性能。

重庆邮电大学理学院的李登峰教授课题组和新加坡高性能计算研究院张刚教授(共同通讯)课题组合作,利用第一性原理和非平衡格林函数(NEGF)的方法,系统的探讨了氢化硼烯(borophane)的热输运性质,发现室温下borophane在armchair方向的热导(thermal conductance)明显高于石墨烯。

在氢化硼烯的声子传输中出现了维度交叉现象,其中低频声子(ω<950cm-1)呈现一般二维材料传输特征,而在高频声子(950cm-1<ω<1450cm-1)在扶手型方向表现为一维传输,从而导致了高热导。另一方面,在对borophane的armchair方向施加应力时出现了热导增加的反常现象。由于borophane具有良好的延展性和高热导,因此在柔性热通道方面具有很好的应用前景。同时,borophane所具有的这种独特的声子传输维度交叉现象为探索声子模式空间、声子霍尔效应等新奇物理效应提供了理想的研究体系,也为人们调控纳米材料热传导性质开创了新的途径。

相关结果发表在在Advanced Function Materials上,题为“Stretch-Driven Increase in Ultrahigh Thermal Conductance of Hydrogenated Borophene and Dimensionality Crossoverin Phonon Transmission